CN103639195B - 一种生产β型钛合金线材的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种生产β型钛合金线材的方法，所述方法包括下述步骤：将坯料送入加热炉，将加热温度控制在940℃～960℃；将加热好的坯料送入棒线材连轧生产线进行轧制，以得到φ8～16mm的钛合金线材，其中，所述棒线材连轧生产线包括棒材机组和线材机组，棒材机组包括初轧机组、中轧机组、精轧机组和减定径机组，线材机组包括BGV、TMB1、TMB2和吐丝机，其中，在轧制过程中，将终轧速度控制在20～25m/s，将棒材机组的最后一架轧机的速度控制在9～10m/s。根据本发明，可以节省投资成本，而且利用轧钢间隙生产钛合金线材，又大大降低了运行成本。
Description
技术领域
本发明涉及钛合金加工技术领域，具体地讲，涉及一种能够高效率低成本地轧制β型钛合金线材（盘圆）的轧制工艺。
背景技术
钛的丝材广泛地应用于医疗卫生、体育休闲、民用工业及军工等领域中，中国每年用量约4000吨。由于钛丝材的市场需求量大、产品附加值高，因此国内众多厂家大力发展丝材。其中，β型钛合金由于性能好，冷加工性优良，成为丝材的新兴力量，而β型钛合金又以Ti-22V-4Al为主。钛丝的主要原料就是线材（盘圆），而目前国内盘圆生产多采用专用轧机，生产成本较高，而且，由于轧机小，生产的批量小，单卷仅约100kg。这些因素增加了丝材的生产成本，进而制约了丝材的发展。
因此，为满足国内丝材的发展需要，开发高效率低成本轧制β型钛合金线材的生产技术就显得尤为重要。
发明内容
本发明的目的在于提供一种新的生产β型钛合金的线材的方法，其利用轧钢用棒线材轧生产线能够高效率低成本地轧制β型钛合金线材。
根据本发明，提供了一种生产β型钛合金线材的方法，所述方法包括下述步骤：将坯料送入加热炉，将加热温度控制在940℃～960℃；将加热好的坯料送入棒线材连轧生产线进行轧制，以得到φ8～16mm的钛合金线材，其中，所述棒线材连轧生产线包括棒材机组和线材机组，棒材机组包括初轧机组、中轧机组、精轧机组和减定径机组，线材机组包括BGV、TMB1、TMB2和吐丝机，其中，在轧制过程中，将终轧速度控制在20～25m/s，将棒材机组的最后一架轧机的速度控制在9～10m/s。
根据本发明的示例性实施例，坯料可以为由钛锭锻造成的方坯。根据本发明的一个示例性实施例，所述方坯的截面边长为160mm～200mm，所述方坯的长度为5.7m～6.1m，每块方坯的重量为650kg～1100kg。
根据本发明的示例性实施例，可以在轧钢间隙进行对β型钛合金线材的生产。根据本发明的一个示例性实施例，对轧制前一钢种的使用立式活套的上一机架的速度降低1%，侧活套的前一机架的速度降低1.5%。根据本发明的另一示例性实施例，在轧制过程中，采用夹送辊全程夹送，吐丝机和夹送辊对轧件尾部不进行速降和速升的操作，尾部超前系数为0。根据本发明的又一示例性实施例，与轧制前一钢种相比，棒材机组间的速度降低1%，BGV的速度降低0.5%，TMB1的速度降低0.3%。
根据本发明的生产β型钛合金线材的方法能够顺利地轧制钛合金线材。另外，根据本发明，利用轧钢设备生产钛合金线材，降低了生产成本。而且，根据本发明的方法能够生产单卷重量≥600kg的钛合金线材，利于下游加工提高生产效率、降低生产成本。
附图说明
图1示出了根据本发明的β型钛合金的线材轧制工艺所使用的连轧棒线材轧制线材的流程示意图。
具体实施方式
本发明提供了一种新的β型钛合金的线材轧制工艺，其通过利用轧钢用棒线材连轧生产线，能够高效率低成本地轧制出β型钛合金线材。由于钛合金对加工温度比较敏感，而且加工难度大，所以不使用专用设备轧制非常不好加工；然而，本发明克服了采用钢材的连轧线来轧制钛合金线材的技术难度，通过严格控制坯料的加热温度，并且控制轧制钛合金线材时的轧制机组的速度低于轧制普通棒线材时的轧制机组的速度，同时配以其它操作，从而能够利用轧制用棒线材连轧生产线来高效地轧制β型钛合金线材。
下面将参照图1简要地描述轧制普通钢种的连轧棒线材轧制线材的生产线。
图1示出了根据本发明的β型钛合金的线材轧制工艺所使用的连轧棒线材轧制线材的生产线的示意图。
参照图1，根据本发明的β型钛合金的线材轧制工艺所使用的连轧棒线材轧制线材的生产线主要由棒材机组和线材机组构成，其中，棒材机组主要由初轧机组、中轧机组、精轧机组和减定径机组组成，用于得到直径相对较大的棒材，线材机组主要由BGV（相当于高线上的预精轧机组）、TMB1和TMB2（TMB1和TMB2相当于高线上的减定径机组）以及吐丝机组成，用于将前述直径相对较大的棒材最终轧制成所需尺寸的线材。这里，因为在本发明中是用来生产β型钛合金的线材，所以省略了轧制普通棒材用的在棒材机组之后的其它设备，而仅仅公开了轧制普通线材用的在棒材机组之后的设备，但是这并不影响对本发明的理解。另外，连轧棒线材的生产线是本领域技术人员所熟知的，故在此不再进行赘述。
下面将参照附图详细地描述根据本发明的生产的方法。
根据本发明，生产β型钛合金的线材的方法的工艺流程为：坯料→加热→轧制→成品线材。
具体地讲，根据本发明，用来轧制β型钛合金的坯料为由钛锭锻造成的方坯。这里，在本发明的教导下，可以采用现有的技术来得到钛合金的方坯，因此在此不再对由钛锭锻造成方坯的技术进行赘述。为了更好地满足步进式天然气加热炉的要求和棒线材连轧生产线用轧机的要求，根据本发明的一个示例性实施例，选用截面边长为160mm～200mm和长度为5.7m～6.1m的方坯，单支重量为650kg～1100kg。这里，截面尺寸的选择是为了满足轧机要求，长度选择是为了满足加热炉要求。
然后，将坯料送入加热炉，将加热温度控制在940℃～960℃，以保证坯料的温度在此范围内。这里，只要求坯料达到940℃～960℃范围保温一段时间使温度均匀即可，一般保温时间小于30min。根据本发明，加热炉可以为步进式天然气加热炉。然而，本发明不限于此，本领域技术人员可以在本发明的教导下选择其它类型的加热炉。在本发明中，为了保证生产的连续性，优选地使用步进式天然气加热炉。如果加热温度低于940℃，则在轧制后期坯料尾部的温度就会低于780℃，使得变形抗力升高，形成拉钢轧制，从而会使线材的后一部分椭圆加重，甚至拉断造成废品。另一方面，如果加热温度高于960℃，则会使坯料在后期截面变小时强度迅速降低，坯料头部受到碰撞或在重力作用下就会发生弯曲，不能顺利进入下一机架的孔型，从而发生堵料而产生废品。因此，根据本发明，将加热温度确定为940～960℃（料温）。
接着，将加热好的坯料送入如图1所示的棒线材连轧生产线，进行轧制，以得到φ8～16mm的钛合金线材。另外，为了保证生产的效率，减少废品率，提高产品质量，根据本发明，在轧制过程中，采用夹送辊全程夹送，吐丝机、夹送辊对轧件尾部不进行速降和速升的操作，尾部超前系数为0。根据本发明，对β型钛合金线材的轧制可以在普通轧钢的间隙进行生产。因此，根据本发明，在轧制过程中，为了使各个机架的速度匹配，对轧制前一钢种（即，普通钢种）的使用立式活套的上一机架的速度降低1%，对轧制前一钢种的使用侧活套的前一机架的速度降低1.5%。
另外，根据本发明，由于利用现有的轧制用棒线材连轧生产线在其生产间隙来生产钛合金，而且钛合金在高温情况下强度较低，因此在根据本发明的轧制过程中，与轧制前一钢种（即，普通钢种）相比，棒材机组间的速度降低1%，BGV的速度降低0.5%，TMB1速度降低0.3%，以避免发生堵钢现象。同时，轧制钛合金时的机组速度比轧制普通棒线材的机组速度降低，有利于提高产品的质量，减少废品率。另外，根据本发明，为了减小轧件头尾温差，将中轧速度控制在20～25m/s，并且将棒材机组的最后一架立式轧机（22V）的速度控制在9～10m/s。这里，需要注意的是，在本发明中，无需调整高线上的TMB2的速度而仅调整BGV和TMB1即可。
根据本发明的一个示例性实施例，初轧机组可以包括平-立交替布置的六架轧机1H、2V、3H、4V、5H、6V，中轧机组可以包括平-立交替布置的六架轧机7H、8V、9H、10V、11H、12V，精轧机组可以包括平-立交替布置的六架轧机13H、14V、15H、16V、17H、18V，减定径机组可以包括平-立交替布置的四架轧机19H、20V、21H、22V，其中，各代号表示各轧机的名称代号，H代表横向轧制，V代表纵向轧制，各数字表示轧机编号。然而，本发明不限于此，本领域技术人员可以在本发明的教导下将普通的连轧棒线材轧制线材用于轧制β型钛合金的线材。
根据本发明的该示例性实施例，在轧制过程中坯料的变形过程如下：对于初轧机组的料型而言，1H=145mm，2V=148mm，3H=106mm，4V=116mm，5H=84mm，6V=102mm；对于中轧机组的料型，进行尺寸调整，采用收料型，9H(-1mm)、11H(-1mm)；对于精轧机组的料型，进行尺寸调整，采用收料型，13H(-1mm)；对于减定径机组的料型，进行尺寸调整，采用收料型，19H(-0.4mm)、21H(-0.4mm)。这里，收料型指的是此时刻的孔型。
因此，根据本发明，通过上述步骤，可以利用现有的棒材连轧生产线制造出β型钛合金线材。在现有技术中，钛合金线材的生产均采用专用轧机，需专门投资，增加了投资成本，而且，由于钛合金总量小，专用轧机作业率低，就会增加运行成本。而在本申请中，采用普通的轧钢设备生产钛合金线材，就可以节省投资成本；利用轧钢间隙生产钛合金线材，又大大降低了运行成本。
下面将结合具体的实施例来描述根据本发明的生产β型钛合金线材的方法。
实施例1
以截面边长为180mm的方坯，轧制直径φ14mm的β型钛合金线材。这里，采用前述示例性实施例中各自包括六架轧机的初轧机组、中轧机组、精轧机组和减定径机组的棒材机组。
①坯料：长度为6m，重量为875kg。
②加热温度为960℃。
③轧制，变形过程如下。
初轧料型尺寸：1H=145mm，2V=148mm，3H=106mm，4V=116mm，5H=84mm，6V=102mm。
中轧机组料型调整，采用收料型：9H(-1mm)、11H(-1mm)。
精轧机组料型调整，采用收料型：13H(-1mm)。
减定径机组料型调整，采用收料型：19H(-0.4mm)、21H(-0.4mm)。
速度调整：对轧制前一钢种的使用立式活套的上一机架的速度降低1%；侧活套的前一机架的速度降低1.5%。
终轧速度控制在20m/s，22V的速度控制在9m/s。
在轧钢间隙来轧制与轧制β型钛合金。与轧制前一普通钢种相比，使棒材机组间的速度降低1%，使BGV的速度降低0.5%，使TMB1的速度降低0.3%。
夹送辊全程夹送，吐丝机、夹送辊对轧件尾部不进行速降和速升的操作。尾部超前系数为0。
④顺利轧制成φ14mm的线材。
实施例2
以截面边长为170mm的方坯，轧制直径φ10mm的β型钛合金线材。这里，采用前述示例性实施例中各自包括六架轧机的初轧机组、中轧机组、精轧机组和减定径机组的棒材机组。
①坯料：长度为5.8m，重量为754kg。
②加热温度为950℃。
③轧制，变形过程如下。
初轧料型尺寸：1H=145mm，2V=148mm，3H=106mm，4V=116mm，5H=84mm，6V=102mm。
中轧机组料型调整，采用收料型：9H(-1mm)、11H(-1mm)。
精轧机组料型调整，采用收料型：13H(-1mm)。
减定径机组料型调整，采用收料型：19H(-0.4mm)、21H(-0.4mm)。
速度调整：对轧制前一钢种的使用立式活套的上一机架的速度降低1%；侧活套的前一机架的速度降低1.5%。
终轧速度控制在23m/s，22V的速度控制在9.5m/s。
在轧钢间隙来轧制与轧制β型钛合金。与轧制前一普通钢种相比，使棒材机组间的速度降低1%，使高线BGV的速度降低0.5%，使TMB1的速度降低0.3%。
夹送辊全程夹送，吐丝机、夹送辊对轧件尾部不进行速降和速升的操作。尾部超前系数为0。
④顺利轧制成φ10mm的线材。
实施例3
以截面边长为175mm的方坯，轧制直径φ8mm的β型钛合金线材。这里，采用前述示例性实施例中各自包括六架轧机的初轧机组、中轧机组、精轧机组和减定径机组的棒材机组。
①坯料：长度为6.1m，重量为840kg。
②加热温度960℃。
③轧制，变形过程如下。
初轧料型尺寸：1H=145mm，2V=148mm，3H=106mm，4V=116mm，5H=84mm，6V=102mm。
中轧机组料型调整，采用收料型：9H(-1mm)、11H(-1mm)。
精轧机组料型调整，采用收料型：13H(-1mm)。
减定径机组料型调整，采用收料型：19H(-0.4mm)、21H(-0.4mm)。
速度调整：对轧制前一钢种的使用立式活套的上一机架的速度降低1%；侧活套的前一机架的速度降低1.5%。终轧速度控制在24m/s，22V的速度控制在10m/s。
在轧钢间隙来轧制与轧制β型钛合金。与轧制前一普通钢种相比，使棒材机组间的速度降低1%，使高线BGV的速度降低0.5%，使TMB1的速度降低0.3%。
夹送辊全程夹送，吐丝机、夹送辊对轧件尾部不进行速降和速升的操作。尾部超前系数为0。
④顺利轧制成φ10mm的线材。
实施例1至实施例3所轧制出的β型钛合金线材，单产重量在600kg以上，而且质量符合要求，从而有利于后续工艺，能够提高生产效率，降低生产成本。
因此，根据本发明，能够生产单卷重量≥600kg的β型钛合金线材，有利于下游加工提高生产效率、降低生产成本。具体地讲，在下游加工工序中，钛合金线材一般用于开直条，或者被加工成丝材。因此，如果单卷重量提高，一方面将有利于缩短生产准备时间（上卷），从而提高生产效率，另一方面将减少头尾切除量，或者根据需要加工成需要的长度，从而提高成材率，进而降低生产成本。然而，在现有的生产工艺只能生产单卷重量为100kg左右的钛合金线材，大大限制了下游生产工序加工灵活性，进而降低了生产效率和成材率，从而了增加生产成本。因此，根据本发明的方法可生产的β型钛合金线材单卷重量≥600kg，显著地提高了下游工序的生产效率和成材率，从而降低了生产成本。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，然而，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型和组合，这些简单变型均属于本发明的保护范围。
Claims (4)
1.一种生产β型钛合金线材的方法，其特征在于，所述方法包括下述步骤：
将坯料送入加热炉，将加热温度控制在940℃～960℃；
将加热好的坯料送入棒线材连轧生产线进行轧制，以得到φ8～16mm的钛合金线材，其中，所述棒线材连轧生产线包括棒材机组和线材机组，棒材机组包括初轧机组、中轧机组、精轧机组和减定径机组，线材机组包括BGV、TMB1、TMB2和吐丝机，其中，在轧制过程中，将终轧速度控制在20m/s～25m/s，将棒材机组的最后一架轧机的速度控制在9m/s～10m/s，
其中，对β型钛合金线材的生产是在轧钢间隙进行的，
对轧制前一钢种的使用立式活套的上一机架的速度降低1％，对轧制前一钢种的使用侧活套的前一机架的速度降低1.5％，
与轧制前一钢种相比，棒材机组间的速度降低1％，BGV的速度降低0.5％，TMB1的速度降低0.3％。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述坯料为由钛锭锻造成的方坯。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述方坯的截面边长为160mm～200mm，所述方坯的长度为5.7m～6.1m，每块方坯的重量为650kg～1100kg。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在轧制过程中，采用夹送辊全程夹送，吐丝机和夹送辊对轧件尾部不进行速降和速升的操作，尾部超前系数为0。
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